DE4221949C2 - Optischer Druckkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Druckkopf mit einem Lichtbildpunkte erzeugenden Dünnfilm- Elektrolumineszenz-Display, das auf einem Substrat in einer Ebene linear angeordnete, transparente Ansteuerelektroden und in einer weiteren Ebene eine lichtemittierende Halbleiter­ schicht enthält.

Ein derartiger optischer Druckkopf ist aus JP 62-92868 A bekannt. Bei dem bekannten Druckkopf sind auf einem Substrat trans­ parente Ansteuerelektroden in einer Ebene linear angeordnet. In einer weiteren Ebene befindet sich auf dem Substrat eine lichtemittierende Halbleiterschicht.

Ferner ist ein optischer Druckkopf aus dem Prospekt "HITACHI LED PRINTHEAD", 1989 der Fa. Hitachi Cable Ltd. (Chiyoda Bldg. 2-1-2, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo, 100 Japan) mit der Bezeichnung HLA 330 A bekannt. Dieser Druckkopf kann in einer elektro-optischen Druckeinrichtung zum gezielten bildpunktweisen Belichten einer beispielsweise elek­ trostatisch präparierten Drucktrommel dienen. Bei dem bekann­ ten Druckkopf werden die einzelnen Lichtbildpunkte von im we­ sentlichen linear auf einem Silizium-Substrat ausgebildeten Leuchtdioden (LED) erzeugt, die gemäß auszugebenden Druck­ daten über einzelne Ansteuerelektroden bedarfsweise aktivier­ bar sind. Die von den lichtemittierenden Elementen (LED) er­ zeugten Lichtbildpunkte werden über eine optische Einrichtung auf einer geeigneten Zielfläche - beispielsweise auf der ge­ nannten Drucktrommel - abgebildet. Als optische Einrichtung werden üblicherweise selbstfokussierende Linsenanordnungen (SEL-FOC-lens-arrays) verwendet. Die Abstrahlcharakteristik der LED′s und deren Abstände zu dem SELFOC-lens-array bedin­ gen einen verhältnismäßig geringen Koppelwirkungsgrad.

Im Hinblick auf hochwertige Druckergebnisse werden an den be­ kannten Druckkopf hinsichtlich Auflösung und Teilungsgenauig­ keit erhebliche Anforderungen gestellt; diese erfordern eine äußerst toleranzarme Positionierung der einzelnen lichtemit­ tierenden Elemente (LED) auf dem Substrat. Die Länge eines Zeilen-Druckkopfes muß auf das Format des Aufzeichnungsträ­ gers abgestimmt sein. Um den bekannten Druckkopf in der ge­ forderten Länge auszubilden, müssen in der Regel mehrere Teilsubstrate aus Silizium paßgenau unter Einhaltung der ge­ wünschten Teilung der lichtemittierenden Elemente positio­ niert, zusammengefügt und kontaktiert werden. Der mehrschich­ tige mechanische Aufbau des bekannten optischen Druckkopfes und die bei seiner Herstellung erforderliche hohe Anzahl ein­ zelner Fügeschritte wirken sich qualitätsmindernd und kosten­ steigernd aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckkopf der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß er keine ungewollten Lichtemissionen außerhalb der vorgegebenen Punktzeile aufweist und der dadurch eine ver­ gleichsweise hohe Druckqualität ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich auf der von den Ansteuerelektroden abgewandten Seite der Halbleiterschicht zwei Streifen aus einem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit in einem Abstand voneinander erstrecken, der im wesentlichen gemäß der lateralen Aus­ dehnung der Ansteuerelektroden bemessen ist.

Es ist zwar an sich aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 38 29 553 A1 bekannt, bei einem optischen Aufzeichnungs­ kopf mit einer lichtemittierenden Halbleiterschicht im Be­ reich der Halbleiterschicht zwei Streifen aus leitfähigem Ma­ terial im Abstand voneinander anzuordnen,. jedoch handelt es sich bei diesem Streifen um Elektroden, über die eine Span­ nung an die Halbleiterschicht herangeführt wird.

Ferner ist die Verwendung und Herstellung von Dünnfilm-Elek­ trolumineszenz-Displays (TFELD) mit in Matrixform angeordne­ ten lichtemittierenden Elementen für sich bekannt ("Flachdisplay für das hochauflösende Fernsehen"; G.O. Müller, Fernseh- und Kinotechnik, Nr. 9, 1991 und DE 39 42 699 A1).

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Druckkopfes besteht darin, daß mit den beiden parallel im Abstand angeordneten, bei­ spielsweise aus abgeschiedenem Kupfer bestehenden Streifen eine Verringerung von Streukapazitäten (Abschirmung elektro­ magnetischer Felder) und damit eine Vermeidung von Lichtzen­ tren außerhalb der durch die jeweilige Ansteuerelektroden-An­ ordnung definierten Lichtbildungszentren erreichbar ist.

Eine fertigungstechnisch besonders vorteilhafte Fortbildung des erfindungsgemäßen optischen Druckkopfes besteht darin, daß die Halbleiterschicht und beidseitig der Halbleiter­ schicht angeordnete Isolationsschichten voll flächig der Ober­ fläche des Substrats entsprechend ausgebildet sind. Die über­ wiegend voll flächig aufgetragenen einzelnen Schichten des Lichtbildpunkte erzeugenden Systems führen zu einer besonders aufwandsarmen, weitgehend maskenfreien Herstellung des erfin­ dungsgemäßen Druckkopfes.

Gemäß einer hinsichtlich der Abstrahlcharakteristik und der Lichtausbeute besonders vorteilhaften weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Druckkopfes besteht die substratferne Isolationsschicht aus einem Kunststoff, dessen Transmissionsbereich auf den Wellenlängenbereich des von der Halbleiterschicht emittierbaren Lichts abgestimmt ist.

Eine hinsichtlich des Kontaktierungsaufwandes der einzelnen lichtemittierenden Elemente besonders vorteilhafte Weiterbil­ dung des erfindungsgemäßen Druckkopfes besteht darin, daß das Substrat elektrisch leitend ist und eine mehreren lichtemit­ tierenden Elementen gemeinsame Ansteuerelektrode bildet.

Eine diesbezüglich vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Druckkopfes besteht darin, daß das Substrat als Kühl­ körper ausgebildet ist.

Bevorzugt kann das Substrat ein displayseitig plangeschliffe­ ner Aluminiumkörper vorzugsweise aus einer stranggepreßten Aluminiumlegierung sein. Das Substrat hat damit in vorteil­ hafter Weise als mechanisch versteifender Kühlkörper und als gemeinsame Ansteuerelektrode für mehrere lichtemittierende Elemente eine kosten- und herstellungsgünstige Doppelfunk­ tion. Geeignete Aluminiumkörper sind als Standardkühlkörper preiswert erhältlich.

Der optische Druckkopf wird nachfolgend an­ hand eines figürlich dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert.

Die Figur zeigt einen optischen Druckkopf mit einem Licht­ bildpunkte erzeugenden System 1 in Form eines Dünnfilm-Elek­ trolumineszenz-Displays (TFELD). Das System 1 ist auf einem displayseitig plangeschliffenen Aluminiumkörper 2 aufgebaut, auf den durch elektrolytisches Oxidieren voll flächig eine wenige um dicke Isolationsschicht 3 aufgebracht ist. Auf der Isolationsschicht 3 verlaufen in einem Abstand 4 von etwa 0,1 mm zwei Streifen 5 und 6 aus Kupfer. Auf einer der gesamten Substrat-Oberfläche entsprechenden Fläche (vollflächig) ist eine Halbleiterschicht 8 durch Abscheidung aufgebracht, die vornehmlich im Wellenlängenbereich von etwa 700 bis 800 nm Licht emittieren kann. Als Halbleitermaterial eignen sich insbesondere ZnS:Mn oder SrS:Mn. Auf der Halbleiterschicht 8 befindet sich eine weitere vollflächige Isolationsschicht 9, die aus Kunststoff mit einer hohen optischen Transmission im Emissions-Wellenlängenbereich des Halbleitermaterials (700 bis 800 nm) besteht. Auf der Isolationsschicht 9 befindet sich eine Indiumzinnoxidschicht (ITO), die mittels fotoli­ thografischem Verfahren in individuelle Elektroden 10, 11, 12 mit entsprechenden Zuleitungen 10a, 11a, 12a strukturiert ist. Die Beabstandung 4 der Streifen 5 und 6 ist auf die laterale Ausdehnung 10b, 11b, 12b der individuellen Elektroden 10, 11, 12 abgestimmt.

Durch die Anordnung der Elektroden 10, 11, 12 werden im Zusammenspiel mit der Halbleiterschicht 8 und einer von dem Aluminiumkörper 2 gebildeten gemeinsamen Ansteuerelek­ trode 13 einzelne lichtemittierende Elemente 14, 15, 16 definiert, die im wesentlichen linear angeordnet sind. Die Isolationsschicht 9 mit geeignetem Transmissionswellen­ längenbereich und die transparent (aus Indiumzinnoxid) ausgebildeten Elektroden 10, 11, 12 erlauben bei ent­ sprechender Spannungsbeaufschlagung (ca. 200 V) eine Lichterzeugung in einem annähernd punktförmigen Licht­ zentrum des Elements 14. Die Beaufschlagung erfolgt tatsächlich z. B. über die Zuleitung 10a und die Elek­ troden 10 und 13 und ist nur schematisch durch eine Spannungsquelle V dargestellt.

Die Transparenz der Elektroden 10, 11, 12 und der Isola­ tionsschicht 9 verleiht dem erfindungsgemäßen optischen Druckkopf eine hervorragende Abstrahlcharakteristik. Die Teilung und Positionsgenauigkeit der lichtemittierenden Elemente 14, 15, 16 ist lediglich durch die Struktu­ rierungsgenauigkeit der Elektroden 10, 11, 12 bestimmt, die mit hoher Präzision in beherrschbarer Maskentechnik erzeugbar sind. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Druckkopfes erfordert bei hoher Präzision damit nur wenige Masken- bzw. Lithografieschritte.

Der mit Kühlrippen 18 ausgestattete Aluminiumkörper 2 dient als Kühlkörper und verleiht dem Druckkopf eine hohe mechanische Steifigkeit; er dient gleichzeitig auch als gemeinsame Elektrode 13 für die einzelnen lichtemit­ tierenden Elemente 14, 15, 16. Die zum Aufbau des Druckkopfes erforderlichen Werkstoffschichten 3 bis 9 sind alle sehr kostengünstig herstellbar. Hinsichtlich der Schichtdicken wird auf den genannten Stand der Technik verwiesen.

Die von den lichtemittierenden Elementen 14, 15, 16 jeweils erzeugten Lichtbildpunkte können ggf. durch eine geeignete Optik auf eine zu belichtende Oberfläche gelenkt bzw. fokussiert werden. Die Optik kann gleichzeitig integraler Bestandteil einer nicht gezeigten Abschirmung sein, die die spannungsbeaufschlagten Bereiche umgibt.

Claims (6)

1. Optischer Druckkopf mit einem Lichtbildpunkte erzeu­ genden Dünnfilm-Elektrolumineszenz-Display, das auf einem Substrat (2) in einer Ebene linear angeordnete, transparente Ansteuerelektroden (10, 11, 12) und in einer weiteren Ebene eine lichtemittierende Halbleiterschicht (8) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der von den Ansteuerelektroden (10, 11, 12) ab­ gewandten Seite der Halbleiterschicht (8) zwei Streifen (5, 6) aus einem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit in einem Abstand voneinander erstrecken, der im wesentlichen gemäß der lateralen Ausdehnung (10b, 11b, 12b) der Ansteuerelektroden (10, 11, 12) bemessen ist.

2. Optischer Druckkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (8) und beidseitig der Halbleiter­ schicht (8) angeordnete Isolationsschichten (3, 9) vollflächig der Oberfläche des Substrats (2) entsprechend ausgebildet sind.

3. Optischer Druckkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die substratferne Isolationsschicht (9) aus einem Kunststoff besteht, dessen Transmissionsbereich auf den Wellenlängenbereich des von der Halbleiterschicht (8) emittierbaren Lichts abgestimmt ist.

4. Optischer Druckkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) elektrisch leitend ist und eine mehreren lichtemittierenden Elementen (14, 15, 16) gemeinsame Elektrode (13) bildet.

5. Optischer Druckkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) als Kühlkörper ausgebildet ist.

6. Optischer Druckkopf nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) ein displayseitig plangeschliffener Aluminiumkörper ist.